二分法及其拓展

//二分查找及其擴展實現

#include <iostream>
#include <vector>
#include <random>
#include <algorithm>
using namespace std;


// 二分尋找值爲value的元素
int binary_search(vector<int> &array, int left, int right, int value)  //left right不能小於0 
																	  															   													
{
	if (array.empty())                
	{                                                              
		return -1;
	}
	while (left <= right)  // 寫成 left < right 可能找不到value 如 {1 2 3 4 5} value = 5時 left==right才能找到value
	{
		int mid = left + ((right - left) >> 1); // 如果寫成 middle= (left+right)>>1;  
		if (array[mid] < value)              //這樣的話left與right的值比較大的時候,其和可能溢出,減法可以使得結果爲一個right還小的值 
		{                                   //移位運算和直接的除法運算,移位要更快一點
			left = mid + 1;  // 如果left = mid; 可能死循環 如上面 left指向4 right指向5 會死循環 而right不會因等於mid而死循環
		}
		else if (array[mid] > value)
		{
			right = mid - 1;   
		}                                                          
		else
		{
			return mid;
		}
	}
	
	return -1;
}

int binary_min_search(vector<int> &array, int left, int right, int value) // 尋找值爲value的最小下標元素
{
	if (array.empty())
	{
		return -1;
	}

	while (left < right) // left == right會無限循環
	{
		int mid = left + ((right - left) >> 1);
		if (array[mid] < value)
		{
			left = mid + 1;
		}
		else if (array[mid] > value)
		{
			right = mid - 1;
		}
		else
		{
			right = mid;  //  right = mid - 1的話可能找不到 
		}
	}

	if (array[left] == value)
	{
		return left;
	}
	else
	{
		return -1;
	}
}

int binary_max_search(vector<int> &arr, int left, int right, int value) // 尋找值爲value的最大下標元素
{
	if (arr.empty())
	{
		return -1;
	}
	while (left < right - 1) //  left < right 的話可能陷入無限循環 
	{
		int mid = left + ((right - left) >> 1);
		if (arr[mid] < value)
		{
			left = mid + 1;
		}
		else if (arr[mid] == value)
		{
			left = mid; 
		}
		else
		{
			right = mid - 1;
		}
	}
	if (arr[right] == value)
	{
		return right;
	}
	else if (arr[left] == value)
	{
		return left;
	}
	else
	{
		return -1;
	}
}

int binary_justsmall_search(vector<int> &arr, int left, int right, int value) // 尋找小於value的最大元素
{
	if (arr.empty())
	{
		return -1;
	}
	while (left < right - 1)  
	{
		int mid = left + ((right - left) >> 1);
		if (arr[mid] < value)
		{
			left = mid; 
		}
		else
		{
			right = mid - 1;
		}
	}
	if (arr[right] < value)
	{
		return right;
	}
	else if (arr[left] < value)
	{
		return left;
	}
	else
	{
		return -1;
	}
}

int binary_justgreater_search(vector<int> &arr, int left, int right, int value) // 尋找大於的value的最小元素
{
	if (arr.empty())
	{
		return -1;
	}
	while (left < right)
	{
		int mid = left + ((right - left) >> 1);
		if (arr[mid] <= value)
		{
			left = mid + 1;
		}
		else
		{
			right = mid;
		}
	}
	if (arr[right] > value)
	{
		return right;
	}
	else
	{
		return -1;
	}
}

int print(vector<int> &arr)
{
	for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}


int main()
{
	static default_random_engine e;
	static uniform_int_distribution<unsigned> u(1, 10);

	vector<int> arr;
	for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
	{
		arr.push_back(u(e));
	}

	sort(arr.begin(), arr.end());

	print(arr);
	
	cout << binary_search(arr, 0, 9, 5) << endl;
	cout << binary_min_search(arr, 0, 9, 5) << endl;
	cout << binary_max_search(arr, 0, 9, 5) << endl;
	cout << binary_justsmall_search(arr, 0, 9, 5) << endl;
	cout << binary_justgreater_search(arr, 0, 9, 5) << endl;


	return 0;
}


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